Принцип внутренней модели был впервые описан в инженерной сфере[44]. Неважно, что управляется – что-то материальное, вроде машины или роботизированной руки, или нечто аморфное, например поток воздуха во всех помещениях большого здания. Чтобы система управления работала как следует, ей нужна внутренняя модель того, чем она управляет. Ей требуется возможность наблюдать машину, робота или потоки воздуха. Внутренняя модель чем-то напоминает карту на столе генерала – с маленькими пластиковыми танками и солдатиками. Это связный комплекс информации, который, обычно упрощенным или схематичным образом, отражает и отслеживает то, чем нужно управлять.
Тот же принцип работает и в биологии. Мозг управляет телом с помощью внутренней модели, так называемой схемы тела – комплекса информации о его структуре и постоянно меняющемся состоянии[45]. Иногда при инсульте повреждаются области мозга, которые строят схему тела[46]. Если пациент больше не осознает форму или структуру своей руки, он не сможет ею управлять. Пострадают простые навыки – указывать на что-то, дотягиваться рукой, держать чашку. Но увидеть важность внутренней модели можно и не заглядывая в отделение постинсультной реабилитации. Повесьте тяжелую сумку с покупками на запястье и попробуйте взяться за ручку двери: поначалу ваши движения будут неуклюжими. Внутренняя модель руки, имеющаяся у мозга, внезапно оказывается неправильной: изменились динамические свойства конечности. Но очень быстро, за несколько попыток, внутренняя модель выучит новые правила, и ваши движения станут плавнее и точнее[47].
С инженерной точки зрения внутренняя модель должна отслеживать настоящее и предсказывать будущее. Если вы хотите чем-то управлять, например тележкой в магазине, нужна возможность предсказать, что она будет делать в следующую секунду. Вы создаете что-то вроде интуитивного симулятора тележки, запускаете его в голове и понимаете, как она себя поведет. То, как вы станете управлять реальной тележкой, какую силу и под каким углом приложите к ее ручке, будет зависеть от предсказаний, сделанных внутренней моделью. Дети плохо справляются с подобной задачей и врезаются в магазинные полки: отчасти это происходит потому, что у них не сложилась хорошая внутренняя модель тележки. Они не могут предсказать, как усилие, приложенное к ручке, повлияет на движение колес. Взрослые же, попрактиковавшись, вырабатывают бессознательную, интуитивную модель.
А как обстоят дела со вниманием? Это ведь, можно сказать, важнейший процесс в мозге, и, несомненно, им нужно управлять. Чтобы эффективно реагировать на мир, мозг должен уметь стратегически сосредоточивать ресурсы на произвольных предметах. Но при этом внимание бывает капризным и расхлябанным не менее, чем тележка в супермаркете, сбиваясь куда попало. Из базовых принципов инженерии управления мы знаем, что тектуму нужна внутренняя модель, чтобы следить за вниманием. Мы с коллегами назвали эту предположительную внутреннюю модель “схема внимания” – по аналогии со схемой тела, которая помогает следить за телом. Схема внимания – это комплекс информации, описывающий внимание: не предмет, на который оно направлено, а само внимание. Схема наблюдает за его состоянием, отслеживает его динамические переходы от одного состояния к другому и предсказывает, как оно может измениться в ближайшем будущем. Вариант схемы внимания – информация, которая следит конкретно за явным вниманием, – был обнаружен в тектумах обезьян и кошек[48]. Согласно базовым принципам, такая же информация почти наверняка имеется у лягушек, рыб и других животных, у которых есть тектум, даже если он подробно не изучен.
Вернемся к нашим лягушкам. Мы знаем, что у них есть центральный процессор – тектум. Мы знаем, что им присуще явное внимание – способность ориентировать органы чувств на определенный фрагмент большого мира. Мы знаем, что у них должна быть схема внимания, поскольку во внимании нет смысла, если им невозможно управлять, а управлять им невозможно без внутренней модели. Схема внимания – это примерно то же самое, что сложная модель самого себя. Лягушка не просто направляет внимание на определенные предметы в своем мире. Она еще и некоторым образом знает, что делает это. У нее есть информация о ее собственном внимании.
Что именно знает о себе мозг лягушки благодаря схеме внимания?
44
E. F. Camacho and C. Bordons Alba,
45
M. S. A. Graziano and M. M. Botvinick, “How the Brain Represents the Body: Insights from Neurophysiology and Psychology,” in
46
H. Head and G. Holmes, “Sensory Disturbances from Cerebral Lesions,”
47
A. M. Haith and J. W. Krakauer, “Model-Based and Model-Free Mechanisms of Human Motor Learning,” in
48
Существует огромное количество экспериментальных работ, в которых изучался верхний холмик у кошек и обезьян, – в том числе то, как он отслеживает и прогнозирует положение головы и глаз, а следовательно, предсказывает, как зрительные образы будут двигаться по сетчатке. Я приведу лишь несколько обзорных статей. M. A. Basso and P. J. May, “Circuits for Action and Cognition: A View from the Superior Colliculus,”